Wykresy równowagi fazowej

Przedstawiają przemiany zachodzące w stopach w stanie ciekłym oraz w stanie stałym, w zależności od temperatury i składu chemicznego. Linie wykresu określają temperatury początku i końca tych przemian przy danym składzie stopu oraz zmiany składu chemicznego faz zarówno podczas nagrzewania czy też chłodzenia.

Podstawowe słownictwo:

• układ: wyodrębniona z otoczenia grupa ciał, będąca przedmiotem badania (np. stop metaliczny),

• faza: jednorodna część układu o jednakowych własnościach fizycznych i jednakowym składzie chemicznym, oddzielona powierzchnią rozdziału od pozostałych części układu,

• składnik: substancje proste lub złożone, z których w danych warunkach mogą powstać wszystkie fazy danego układu (pierwiastki lub związki chemiczne)

1. Roztwory stałe ciągłe (nieograniczona rozpuszczalność w stanie stałym)

Tworzą go metale, których rozpuszczalność w stanie ciekłym i stałym jest nieograniczona. Po zakrzepnięciu tworzą jednorodne kryształy roztworu stałego. Jako przykład może posłużyć stop miedzi Cu z niklem Ni.

2. Całkowity brak rozpuszczalności w stanie stałym (eutektyka)

Tworzą go metale, które zupełnie nie rozpuszczają się w sobie w stanie stałym, nie tworzą związków chemicznych a w stanie ciekłym rozpuszczają się w sobie nieograniczenie (stop bizmutu i kadmu). Występuje tutaj tzw. przemiana eutektyczna zachodząca w stałej temperaturze, polegająca na wydzielaniu się z cieczy kryształów obu metali . Eutektyka jest to drobnoziarnista mieszanina kryształów różnych metali, wydzielająca się z ciekłego roztworu o określonym składzie chemicznym w stałej temperaturze.

Eutektyka sprzyja jednorodności stopu. Stopy te odznaczają się niska temperatura topnienia, dobrą lejnością, małą tendencją do pękania na gorąco.

3. Ograniczona rozpuszczalność w stanie stałym z przemianą eutektyczną

Tworzą go metale, które całkowicie rozpuszczają się w sobie w stanie ciekłym, a tylko ograniczenie w stanie stałym tworząc eutektykę. Pionowe linie określają graniczą rozpuszczalność poszczególnych składników w sobie.

4. Ograniczona rozpuszczalność w stanie stałym z przemianą perytektyczną

Występuje tutaj przemiana perytektyczna, która polega na tym, że ciecz reaguje z wcześniej utworzonymi kryształami. Układy perytektyczne tworzą pierwiastki , które różnią się znacznie temperaturami topnienia i wykazują ograniczoną rozpuszczalność. W efekcie końcowym powstaje nowy rodzaj kryształów. Przemiana ta podobnie jak przemiana eutektyczna zachodzi przy stałej temperaturze.

5. Ograniczona zmienna rozpuszczalność w stanie stałym

W tego typu układach maksymalna wzajemna rozpuszczalność składników maleje wraz z obniżaniem temperatury. Z nasyconych kryształów roztworów stałego (z obniżaniem temperatury) będą się wydzielać tzw. kryształy wtórne.

6. Układy równowagi z fazami międzymetalicznymi

Ponieważ w związkach chemicznych oraz w związkach międzymetalicznych jest stały stosunek atomów tworzących te połączenia, fazy te występują jako linia pionowa. Określa ona stosunek składników w tego typu związkach. Linia pionowa reprezentująca związek międzymetaliczny dzieli układ równowagi fazowej na dwie niezależne części.

Przemiany w stanie stałym

Jeżeli przynajmniej jeden ze składników stopu posiada odmianę alotropową, to w zakrzepniętym stopie przebiegać będą procesy krystalizacji wtórnej. Pojawią się wówczas dodatkowe linie w układzie równowagi fazowej odpowiadające tym przemianą.

Własności stopów dwuskładnikowych

Własności te zależą głównie od ich budowy wewnętrznej. W przypadku stopów jednofazowych o strukturze jednorodnej zależą one od składu chemicznego oraz wielkości ziarn. W przypadku stopów o strukturze niejednorodnej, wielofazowej, własności zależą od rodzaju faz, ich udziału, sposobu ich rozmieszczenia i wielkości.

1

1

Materiałoznawstwo - układy równowagi fazowej

Jan Wrona Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Krakowska

---